1 FACULTAD CIENCIAS DE LA INGENIERIA INGENIERIA INDUSTRIAL MODALIDAD PRESENCIAL ASIGNATURA: CIENCIAS DE LOS MATERIALES DOCENTE: Ing. Sornoza Briones Kleber Joel ALUMNOS: Ponce Mendoza Erwin([email protected]) Sánchez Robles Darwin([email protected]) Zavala Alegría Segundo (líder del grupo)([email protected]) TEMA: Inhibidores de corrosión y plan de mantenimiento para evitar corrosión CURSO: 3er Semestre PERIODO LECTIVO 2022-2023 1 INTRODUCCIÓN En la actualidad los materiales de metal juegan un papel muy importante debido a la presencia que mantienen en toda la industria en general, ya sea desde las estructuras hasta las maquinas o equipos. El metal al estar expuesto a diversas condiciones propias del medio ambientes como el la temperatura, vapor, humedad y demás situaciones se forma la corrosión, siendo algo peligroso ya que genera debilitamiento en el metal a tal grado que puede comprometer negativamente el metal y por ende el rendimiento que se espera no puede ser el adecuado. En el presente trabajo de investigación se realiza un análisis bibliográfico sobre los inhibidores de corrosión y los planes de mantenimiento pensados para evitar la corrosión, se garantiza el uso de material proveniente de tesis de pregrado y artículos científicos de esta manera se asegura que las fuentes consultadas sean de carácter confiable y verificadas para dotar de confiabilidad al trabajo en cuestión. Se considera importante el desarrollo teórico de los inhibidores de corrosión que se pueden dar en los materiales puesto que es un conocimiento valioso para el desarrollo y aprendizaje del ingeniero industrial, dado que en un futuro dicha información le servirá para poder aplicarla en el ámbito laboral 2 ASPECTOS TEORICOS Que es la corrosión El término “corroer” se deriva del latín “corredera”, que significa “roer las piezas”. El fenómeno de corrosión guarda enorme semejanza frente tal definición etimológica, por lo que, se define al fenómeno de la corrosión como la transición de un material gracias a actitudes químicas o electro químicas con el medio que lo rodea, lo que crea un deterioro del material y de sus características. La corrosión es además considerada una oxidación apresurada y continua que debilita, es decir, que para que exista el fenómeno de corrosión tiene que haber un proceso de oxidación anterior; dicho proceso ocurre una vez que un átomo desequilibrado pierde un electrón, lo cual posibilita que el átomo forme un compuesto nuevo con otro componente, es decir, el proceso se caracteriza por ceder electrones del componente que se oxida al componente oxidante. Obsérvese en la figura 1 tubería de transporte de crudo.(Suarez 2018) La corrosión además se puede definir como una reacción irreparable de un material con su medio ambiente, que comúnmente trae asociado un deterioro del material o de sus propiedades. Esta definición tan general de corrosión incluye las reacciones de una variedad de materiales bastante vasta. No obstante, el foco de la mayoría de los estudios sobre corrosión son los metales. La corrosión en los metales puede darse de muchas maneras distintas que son importante de comprender, debido a que los mejores procedimientos de prevención de la corrosión dependen de la forma de corrosión.(Fernández et al. 2021) 3 Tipos de corrosión Existen varios tipos de procesos de corrosión distintos que se caracterizan en función de la naturaleza del material y del clima del medioambiente, donde se desarrollen. Una forma común de clasificar los tipos de corrosión, es por medio de las siguientes categorías: corrosión generalizada, corrosión localizada, corrosión combinada con un fenómeno físico, y otros tipos.(Salazar 2015) Corrosión generalizada (uniforme) La corrosión generalizada, además nombrada como corrosión uniforme, pasa sobre toda el área del material de manera homogénea, deteriorándolo del todo. Esta clase de corrosión es el que gran pérdida de material causa, sin embargo, es subjetivamente simple de predecir y mantener el control, por lo cual un percance producido por este es de rara ocurrencia. Se puede mirar usualmente en materiales, principalmente en la industria de construcción, a base de hierro no aleado con metales inoxidables, como el níquel y el cromo. La rapidez de corrosión para dichos casos, es enormemente influenciada por la vida de impurezas y etapas diversas en el material, debido a que estas inducen a una alteración en la energía potencial, conformando electrodos a pequeña escala, propiciando el proceso de corrosión.(Marcela 2011) Corrosión localizada 4 La corrosión localizada, a la inversa de la corrosión uniforme, representa un grande peligro potencial, gracias a su difícil detectabilidad debido a que se afirma en regiones concretas en el material, determinadas tanto por la naturaleza del material, la geometría de este, y las condiciones del medio al que se somete. Los procesos de corrosión localizada de más grande ocurrencia son galvánicos, por fisura, por picaduras, por cavitación y microbiológica.(Cianciosi and Marino 2014) Corrosión galvánica La corrosión galvánica ocurre cuando se da una unión, física o eléctrica, entre metales de distintas naturalezas, lo cuales, en la existencia de un electrolito, conforman una celda electroquímica, donde el material de menor potencial electroquímico es el que se corroe.(Salazar 2015) Corrosión por fisuras Esta clase de corrosión es parecida a la corrosión galvánica, que se genera en zonas estrechas donde la concentración de oxígeno es mucho menor que en lo demás del sistema, y cuyo impacto induce a que estas zonas de menor densidad de oxígeno actúen como un ánodo, favoreciendo el proceso de corrosión, en las fisuras.(Cianciosi and Marino 2014) Corrosión por picaduras (pitting) 5 La corrosión por picadura, popular además como pitting se muestra en materiales pasivados, gracias a las propiedades geométricas del sistema, hay una acumulación de agentes oxidantes y un aumento del pH del medio, lo cual propicia el deterioro de la capa pasivada, permitiendo que la corrosión se desarrolle en éstas regiones puntuales.(López et al. 2011) Corrosión por cavitación La corrosión por cavitación pasa en sistemas de transporte de líquidos, realizados de materiales pasivados, donde por cambios de presión en el sistema, se generan flujos turbulentos que conforman burbujas de viento, las cuales explotan contra el material del sistema, deteriorando la capa de pasivación, haciendo más fácil el desarrollo del proceso de corrosión, de forma semejante a la corrosión por picaduras, cuya diferencia se observa, en que el impacto de la cavitación es de mayor tamaño.(López et al. 2011) Corrosión microbiológica La corrosión microbiológica, en realidad no es un tipo de corrosión en sí, más bien es un fenómeno que permite el desarrollo de otros procesos de corrosión. Las bacterias son los 6 microorganismos más influyentes en esta situación, por lo que además es conocida como corrosión bacteriana y se genera en sistemas de transporte de líquido, haciendo más fácil la corrosión por picaduras. La naturaleza del líquido que se lleva en dichos sistemas, propicia la acumulación y reproducción de bacterias, las cuales se aglomeran, y favorecen las condiciones, como alteración en la concentración de sales y oxígeno, para que se desarrollen otro proceso de corrosión como el pitting.(Salazar 2015) Corrosión combinada con un fenómeno físico Esta clase de corrosión también se puede integrar en la categorización de corrosión localizada, sin embargo, la diferencia con dichos es que se hallan condicionados por la existencia de un fenómeno físico, que funciona como iniciador del proceso de corrosión.(TPI 2002) Corrosión – erosión Esta clase de corrosión se contemplan en sistema de transportes de fluidos creados con materiales pasivados, donde hay partículas de gran dureza que la capa de pasivación. Estas partículas al estar en desplazamiento, erosionan la capa pasivada, permitiendo que el proceso de corrosión se desarrolle.(Salazar 2015) Corrosión – tensión Pasa una vez que, en un material, sometido a esfuerzo de tensión, así sea de manera interna o externa, se crean pequeñas fisuras, que dan inicio al proceso de corrosión. El material que se mantiene en los dos fenómenos, se deteriora con más velocidad, que, si estuviese bajo el impacto personal de cada uno, debido a que la corrosión debilita el material, lo que posibilita que la tensión tenga gran efecto, fracturando en gran medida el material, lo que paralelamente incita a que la corrosión se propague en un área más grande, y de esta forma, sucesivamente.(Fernández et al. 2021) Corrosión – fatiga Este proceso se lleva a cabo en materiales, sujetos a esfuerzos externos, semejante al de tensión, con la diferencia de que dichos esfuerzos son cíclicos o fluctuantes. Del mismo 7 modo que con el proceso de tensión, el material se deteriora en gran medida por medio de la mezcla de los dos fenómenos, comparado a cada uno por separado.(Fernández et al. 2021) Otros tipos de corrosión Según (Salazar 2015) también existen muchos tipos de corrosión que no caen dentro de las categorías anteriores. Algunos de estos son, la des aleación, la corrosión filiforme y la oxidación. Des aleación La des aleación es un procedimiento de corrosión que actúa sobre aleaciones metálicas, en donde uno de los recursos, de gran afinidad con el oxígeno, se separa de la aleación y dejan una composición porosa de pobres características constituida por lo demás de constituyentes. El proceso se llama alternativamente respecto al componente que se separa de la aleación como ejemplo, la descalcificación para el latón, aleación que sufre usualmente de esta clase de corrosión, en la cual se separa el zinc de la matriz cobre.(Gonzales M 2016) Filiforme La corrosión filiforme se muestra en entornos de alta humedad sobre materiales con recubrimientos orgánicos (pinturas), los cuales, al ser rayados, se induce el desarrollo de la corrosión, que se propaga como filamentos delgados.(Salazar 2015) Oxidación La oxidación es un tipo de corrosión que se realiza en procesos de alta temperatura, en la existencia de cualquier gas oxidante, como el oxígeno, azufre y recursos halógenos. Las actitudes en relación son meramente químicas al no existir un electrolito de por medio, por lo que además se sabe cómo corrosión seca. Las moléculas del gas oxidante reaccionan con el material involucrado, donde, por impacto de la temperatura, el compuesto conformado se difunde al interior del material, permitiendo que el proceso continúe, fragilizando el material.(Gonzales M 2016) 8 INHIBIDORES DE CORROSIÓN. Es un producto realizado base agua, el cual está elaborado para impedir la oxidación por periodos cortos de tiempo en almacenes con techo, se puede usar como aditivos en fluidos de corte, aditivos para detergentes en el lavado industrial o de manera directa como inhibidores en el proceso final de lavado. Ideales para bancos y cuellos de botella de partes metálicas ferrosas o para inventarios de piezas metálicas en proceso. Según sea la concentración de uso (desde 1 en 20 hasta 1 en 5), las condiciones del medio ambiente donde son aplicados, a el área geográfica, la época del año y la calidad del agua donde son diluidos este producto puede inhibir la oxidación por periodos de 15 a 60 días.(Suarez 2018) ¿Qué es un inhibidor de corrosión? Un inhibidor de corrosión es un material que fija o cubre el área metálica, proporcionando una cinta defensora que detiene la reacción corrosiva. Muchas veces se usan recubrimientos temporales para prevenir la corrosión a lo largo del almacenamiento y el embarque y entre operaciones en la industria metal mecánica. Los recubrimientos inhibidores de corrosión más efectivos, en una época, fueron los materiales de base aceite o solvente. En años actuales los productos de base agua fueron desarrollados y permanecen siendo usados con enorme triunfo. Inhibidor de corrosión sintético soluble en agua para custodia bajo techo de metales ferrosos y no ferrosos. Este producto es conveniente para la custodia de zonas metálicas entre procesos de producción, como aditivo anticorrosivo de resoluciones de enjuague de 9 detergentes y por sus aditivos posibilita utilizarlo en pruebas hidrostáticas. Los inhibidores de base agua tienen la posibilidad de prevenir en realidad la corrosión para largos lapsos (desde semanas hasta meses) bajo condiciones razonables de almacenaje en planta y embarque salvaguardado. Ya que los productos de base agua trabajan por medio de el decrecimiento de la susceptibilidad del metal a la oxidación, y no por medio de la supresión completa del agua y el viento, éstos inhibidores muchas veces no son tan efectivos como los recubrimientos de base aceite/solvente a lo largo del embarque y el almacenaje al viento independiente de las partes..(Suarez 2018) Según (Godínez et al. 2003) la clasificación de inhibidores son: Según la acción polarizante: Inhibidores anódicos: Conforman un compuesto insoluble de óxido, que resiste a la corrosión mediante un impacto pasivador, evitando la reacción anódica y promover la reacción catódica. De los más frecuentes son; hidróxido sódico, carbonato, borato de sodio, benzoato de sodio, cromatos, nitritos, silicatos, molibdatos, etc. Inhibidores catódicos: Trabajan conformando una capa que reduce la corriente de corrosión, incrementando el potencial de hidrógeno que restringe la entrada de oxígeno a el área del metal. Se aplican poli fosfatos, fosfonatos, iones como; zinc, calcio, magnesio. Mixtos: disminuyen la rapidez de reacción de oxidante en el ánodo y retarda la reacción de reducción de hidrógeno en el cátodo. Según la composición química: Inorgánicos: Se hallan los pasivantes que transforma el potencial de corrosión debido a que son agentes oxidantes, como iones de cromato, nitrito y no oxidantes como fosfato y molibdato, especies como CrO4 -, NO 2, (PO 3) X 44. Los precipitantes depositan una cinta pegajosa parcialmente continua sobre el metal, protegiéndolo por retiramiento del ámbito corrosivo, entre los que se hallan el CaCO3, poli fosfatos y poli silicatos. 45 Inhibidores orgánicos: Conforman capas por adsorción en toda el área, son poderosamente polares, no trabajan en una región anódica o catódica, por ello el 10 potencial no cambia, sin embargo, se sigue cumpliendo con el decrecimiento de la rapidez de corrosión. Se caracteriza por tener un dúo de secciones con características diferentes, finalmente de la cadena es un conjunto apolar soluble en aceite (Hidrofóbica) y en la cabeza polar (hidrofílica), conteniendo átomos de N, O, S, etc. Este conjunto es bastante amplio, entre ellos se hallan; coloides, aminas, amidas, hidracina, aldehídos, ti derivados, polialcoholes, amino alcoholes, benzoatos, silicatos, Imidazolinas. Según el mecanismo de acción: Secuestradores: entre los más frecuentes se hallan los secuestradores de oxígeno, que disminuyen la corrosión oxidante y el incremento de microbios, ciertos ejemplos son el sulfito de sodio, dióxido de azufre, bismuto de amonio etc. Además, se hallan los secuestradores de ácido sulfhídrico, que disminuye el grado de H2S, las maneras más frecuentes de aminas son las triazinas obtenidas de la monoetanolamina (MEA) y la mono etilamina (MMA). Inhibidores reactivos: Operan en el grado del cátodo para una celda de corrosión; los cationes del inhibidor reaccionan con los aniones catódicos formando una cinta insoluble en el área del metal evitando el contacto entre el oxígeno y el metal, ciertos ejemplos son los carbonatos de calcio, carbonatos de magnesio y óxidos de hierro. Inhibidores fase de vapor: se emplean primordialmente para combatir la corrosión con anhídrido carbónico neutralizando el gas y evitando la formación de ácido carbónico. Son de forma fácil transportados por medio de la etapa de vapor en línea de flujo, ciertos ejemplos de esta clase son la morfolina y la etilendiamina. Formadores de películas: son los más usados en la industria petrolera, inventan una capa continua entre el metal y los fluidos reactivos, se caracterizan por 3 equipos primordiales, el primero soluble en agua; se aplican en flujo con elevado corte de agua, de los pozos, línea de transmisión y separadores, el segundo, solubles en petróleo y al final solubles en petróleo y dispensables en agua; usados en pozos que generan agua. 11 Según la solubilidad: Base agua: Se caracterizan por su necesidad de contener conjuntos funcionales con gran densidad negativa, como N, S, OH, aminas, carbonilos, anillos aromáticos, etc. Tiene buenas características adsortivas, neutraliza la alcalinidad o acidez del área, cubren química y físicamente el área del material. Ciertos ejemplos son las aminas cuaternarias y el Meta silicato de sodio (Na2SiO3). Base aceite: evitan el contacto del agua con el material, se aplican sin ser diluidos, la cinta defensora que forma podría ser dócil, semidura y transparente, necesita además de un limpiador o solvente para retirarlos. Un ejemplo es la Imidazolina o aminas cuaternarias. Volátiles: sustancias químicas vaporizantes que conforman barreras iónicas sobre el metal, no posibilita ni que la humedad ni los agentes corrosivos reacciones generando corrosión. ESTRATEGIAS PARA UN PLAN DE MANTENIMEINTO 12 Actualmente, la corrosión en la industria es la causa del desgaste de materiales lo que significa un elevado costo de mantenimiento para las empresas. Razón por la cual, dado que el proceso de corrosión es inevitable influenciado por factores como temperatura, humedad, partículas contaminantes, es necesario diseñar e implementar los mejores planes para controlarlo en todo tipo de industrias y evitar grandes pérdidas económicas a causa de la corrosión. (Aníbal and Coloma 2006) La regulación de la reacción de corrosión, tiene por objeto en la mayoría de los casos, conservar las propiedades físicas y mecánicas de éstos metales y en algunos casos particulares, la principal función del control de la corrosión será provenir la contaminación del producto o productos almacenados, por ejemplo, en los tanques que contienen productos alimenticios. (Delgado and Toala 2021) El uso de inhibidores de la corrosión es la técnica más común y generalizada para controlar la corrosión en las diversas industrias del medio, ya que la inyección se realiza mediante una dosis muy baja de producto químico en el rango de 10–1000 partes por millón (ppm) en el caso de la inyección continua en donde el tipo y la cantidad de inhibidor de corrosión están asociados con el grado de corrosividad que se puede presentar en el objeto. En este método, el objetivo es reducir la velocidad de corrosión a menos de 0,1 mm por año, por ende, la estrategia de selección adecuada de inhibidores de corrosión requiere un protocolo de prueba completo que cubra una amplia gama de evaluaciones de laboratorio y de campo. (Delgado and Toala 2021) Otra estrategia para la prevención de la corrosión en la industrial puede ser la aplicación de recubrimientos orgánicos delgados, los cuales se utilizan ventajosamente en diversas áreas particulares de las plantas industriales. En virtud de su versatilidad y eficacia han tenido una mayor difusión y han encontrado una gran aceptación en su uso. (Aníbal and Coloma 2006) 13 OBJETIVOS • Describir lo relacionado la corrosión y los inhibidores de corrosión. • Análisis bibliográfico de diversos autores de carácter investigativo. • Analizar la gestión de mantenimiento para prevenir la corrosión. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN Este estudio se desarrolló mediante de una investigación bibliográfica, realizada a partir de la selección y relevamiento de referencias teóricas publicadas en medios escritos y electrónicos sobre los procesos de producción de papel y cartón, utilizando material recabado de tesis de pregrado y artículos científicos de esta manera se asegura que las fuentes consultadas sean de carácter confiable y verificadas para dotar de confiabilidad al trabajo en cuestión. RESULTADOS Durante el desarrollo del trabajo se ubica de manera oportuna los procesos que se llevan a cabo en cuanto a conceptos relaciones a la corrosión y los inhibidores de la corrosión, así como otros detalles de dicha industria. Esta investigación al ser netamente bibliográfica no es posible verificar hipótesis ni colocar resultados hallados a más de la información recopilada y analizada en el desarrollo. 14 CONCLUSIONES Los inhibidores de corrosión son considerados como un aditivo de carácter químico que se aplica directamente en las superficies metálicas y este a su vez crea una capa protectora que impide e interrumpe su deterioro, es decir busca minimizar o retardar los ataques corrosivos sobre estructuras revestidas de acero, las cuales pueden ser tuberías, maquinaria industrial y herramientas metálicas de uso frecuente: tornillos, alicates, etc. Existe una clasificación de inhibidores de corrosión, los cuales se subdividen de acuerdo a su composición y/o el uso para el que fueron desarrollados, entre ellos se encuentran los que son según su composición química, según su acción polarizante, según su mecanismo de acción, según su solubilidad. La persona o profesional que lleve a cabo el uso de inhibidores deberá conocer de antemano necesariamente su clasificación para en base a aquello elegir el más adecuado para la situación que se suscita en determinado momento. SUGERENCIAS Se sugiere incluir visitas técnicas a industrias a organizaciones que se dediquen a la fabricación de inhibidores de corrosión para que así el conocimiento técnico no quede únicamente en teoría y pueda ser desarrollado de forma vivencial y se pueda entender de mejor manera los procesos. Se sugiere realizar prácticas en el laboratorio o taller mecánico en torno a la corrosión para que así se evidencie la diferencia de situaciones en donde se aplique el uso de inhibidores y situaciones en las que no. RESUMEN La presente investigación tiene como objetivo realizar un análisis bibliográfico sobre los inhibidores de corrosión, situación por la cual mediante el uso de información recabada de tesis de pregrado y artículos científicos se asegura que las fuentes consultadas sean de carácter confiable. El metal al ser funcional y formar parte de la mayor parte de las estructuras construidas por el ser humano, incluidas máquinas y equipos, se requiere 15 conservar sus características iniciales a lo largo de su vida útil para que si desempeño no se vea mermado, razón por la cual se busca la ayuda de una correcta gestión de mantenimiento mediante el uso de inhibidores de corrosión. 16 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Aníbal, Carlos, and Chicojay Coloma. 2006. “CONOCIMIENTO Y PREVENCIÓN DE LA CORROSIÓN.” Cianciosi, Pablo, and Marcelo Marino. 2014. “Contenido.” 1–19. Delgado, Gabriel, and Galvin Toala. 2021. “IMPORTANCIA DEL MANTENIMIENTO CON TRATAMIENTOS ANTICORROSIVOS EN LA DURABILIDAD DE EQUIPOS DE AIRES ACONDICIONADOS EN AMBIENTES SALINOS.” 8. Fernández, R., R. Sanchez, B. Granados, and J. García. 2021. “Corrosión.” Catálogo Editorial 58–61. Godínez, L. A., Y. Meas, R. Ortega-Borges, and A. Corona. 2003. “Los Inhibidores de Corrosión.” Revista de Metalurgia (Madrid) 39(2):140–58. Gonzales M, José A. 2016. “Tipos de Corrosion En Materiales.” 1–25. López, F. H. Estupiñán, C. Gaona Tiburcio, A. Martínez Villafañe, J. Uruchurtu Ch, and Centro De Investigación. 2011. “Evaluación Electroquímica de La Corrosión Por Picaduras En Aceros Inoxidables Mediante Ruido Electroquímico y Curvas Cíclicas de Polarización En Solución de Cloruro Férrico.” (2003):2011. Marcela, Vázquez. 2011. La Corrosión. 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